CMOS將被取代？英特爾晶片研究重大突破， - 工程師

參考出處：
https://tinyurl.com/y7xc9lxa


隨著摩爾定律將達到物理極限，許多半導體廠商開始加緊研發新的技術期望突破。英特爾
也在「自旋電子學」技術領域取得不錯的進展，未來晶片尺寸將可縮小5倍，能耗最多可
降低30倍。CMOS製程技術逼近物理極限，晶片發展遇到瓶頸。

一直以來，晶片發展始終依賴互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Se
miconductor，CMOS）技術。這種積體電路設計製程，可以在矽質晶圓模板上製出NMOS（n
-type MOSFET）和PMOS（p-type MOSFET）的基本元件，也是在製程上最基本且常用的半
導體元件。

雖然CMOS電子元件遵循著摩爾定律發展，但隨著電晶體經由技術改良不斷縮小，全球先進
製程已走到7奈米節點，現有的晶片製程技術逐漸逼近物理極限，想要提高性能、降低功
耗皆已不易，晶片的發展也因而遇到了瓶頸。

英特爾自旋電子技術有成，能縮減80%晶圓元件尺寸、降低90%能耗

12月3日由英特爾與加州大學柏克萊分校(the University of California, Berkeley)及
勞倫斯伯克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)研究人員共同發表
了一篇關於「自旋電子學(Spintronics)」研究進展並刊載於Nature雜誌，此技術能將晶
圓元件尺寸縮減80%，並能降低能耗90–97%。

英特爾技術製造部門負責人William Holt曾於2016年表示，英特爾希望不斷改進晶片技術
，其中自旋電子學便是選項之一。自旋是一種量子力學屬性，可以使電子像具有南北極的
磁鐵那樣運動，因此可以通過操控場域的方向來儲存和處理數據。

自旋電子設備可以在沒有恆定電流的情況下維持磁性，且能在超低功率的情況下運行，與
傳統的CMOS技術相比，自旋電子技術不僅能消耗更少的能量，運算速度也更快。然而自旋
電子技術仍存在瑕疵，這個瑕疵會改變動量進而影響電子旋轉，進而讓電子旋轉的速度或
軌跡出現變化，使得欲研發出能讓電子在長時間內穩定保持同一方向自旋的中央處理器晶
片變得非常的困難。

而經研究發現，採用鉍氧化銦材料作為晶體材料，可以將電子的旋轉固定在某個方向，鉍
氧化銦的原子對稱性也存在於其他晶體材料中，這表示研究人員可以使用電壓控制電子旋
轉，這項發現為以自旋電子技術研發新一代晶片的半導體廠商帶來新的契機。
不僅延續摩爾定律，還要超越CMOS時代。

英特爾研究開發的磁電自旋軌道（MESO）邏輯器件，屬常溫量子材質製造的設備，採用了
多鐵性材料（具有氧、鉍和鐵原子）和拓撲絕緣體，提供有利的電磁屬性，以便儲存訊息
和進行邏輯運算。

(Source : Berkeley News)
研究人員指出，他們已將多鐵電磁電開關所需的電壓從3伏特降低到500毫伏特，並預測應
該可以將其降低到100毫伏特。與CMOS相比，MESO器件有可能將電壓降低5倍，並將能量降
低10–30倍。

英特爾技術與製造部門主管Ian Young表示，英特爾正在尋找超越CMOS的革命性計算方法
。MESO以低壓互連和低壓磁電為基礎，將量子材料創新與計算結合在一起。英特爾期望能
就新一代晶體管技術引領產業和學術創新浪潮。

雖然此研究已有重大的進展，然而此項技術處於研發階段，仍有許多關鍵材料與技術尚未
開發，距離商業化仍有一段長路要走。

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